44. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение. Методы определения поверхностного натяжения. Краевой угол. Зависимость поверхностного натяжения от температуры.

Любое твердое или жидкое вещество в простейшем случае состоит из молекул 1 вида. Однако состояние всех молекул, которые находятся на поверхности, отличается от состояния молекул, находящихся в объеме твердой или жидкой фазы, поскольку они не со всех сторон окружены другими подобными им молекулами. Молекулы втягиваются внутрь жидкости или твердого тела, потому что испытывают больше притяжение со стороны молекул, находящихся в объеме конденсированной фазы, чем со стороны молекул газа по другую сторону поверхности. Это притяжение составляет поверхность сокращаться, насколько это возможно, и приводит к возникновению некоторой силы в плоскости поверхности, называемой силой поверхностного натяжения. Поэтому жидкие твердые тела самопроизвольно приобретают минимально возможный объем и практически не поддаются сжатию, А их растяжение и разрыв требует значительных затрат энергии. Это энергия, передаваемая поверхностному слою и определяющая его устойчивость, представляет собой, согласно Гиббсу, так называемую свободную энергию Gs, пропорционально площади поверхности раздела фаз: Gs=σS

Поверхностное натяжение является важнейшей энергетической характеристикой любой границе раздела. В системе СИ единицей измерения поверхностного натяжения является Дж/м2

Многочисленные методы их измерения подразделяют на три группы л) статические (методы капиллярного поднятия и лежачей или висячей капли); 2) полуcтатические (методы максимального давления пузырька (капли), отрыва кольца, отрыва пластинки, взвешивания или счета капель, 3) динамические (методы капиллярных волн, колеблющихся струй).

С повышением температуры поверхностное натяжение чистого вещества линейно уменьшается, что объясняется возрастание среднего расстояния между молекулами, ведущего к ослаблению молекулярных сил.

45. Адсорбция на границе раздела фаз. Поверхностно-активные, поверхностно-инактивные и поверхностно-неактивные вещества. Изотерма поверхностного натяжения. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе.

Адсорбция — это процесс изменения концентрации у поверхности раздела двух фаз. Различается, на каких границах происходит адсорбция: 1. На подвижных границах раздела ж/г и ж/ж; 2. На неподвижных границах раздела г/тв и ж/ТВ.

Вещества, при растворении которых понижается поверхностное натяжение на границе раздела фаз, называют поверхностно-активными веществами. Вещества, растворение которых вызывает повышение поверхностного натяжения жидкости, называют поверхностно-инактивными веществами. Поверхностно-неактивные вещества практически не изменяет поверхностного натяжение растворителя.

Графические зависимости поверхностного натяжения растворов ПАВ от концентрации ПАВ выражается изотермой поверхностного натяжения. Поверхностная активность представляет собой изменение поверхностного натяжения раствора при изменении концентрации растворенного вещества на единицу.  Правило Дюкло-Траубе- " увеличение углеводородные цепи на одно звено приводит к увеличению поверхностной активности гомолога в водном растворе в 3-3,5 раза"

46. Ориентация молекул в поверхностном слое. Определение площади, занимаемой молекулы поверхностно-активного вещества в насыщенном адсорбционном слой.

Адсорбирующие молекулы пав всегда ориентируются определенным образом: полярные группы погружаются в водную среду, неполярные - в неводную. Поэтому лучше всего адсорбироваться на поверхности ж-ж будут пав со средними значениями ГЛБ.

Зная (Γ∞), можно рассчитать площадь, занимаемую одной молекулой адсорбированного вещества на поверхности и длину молекулы. So=1/ Γ∞*Na

Масса вещества на единице поверхности насыщенного поверхностного слоя: m= Γ∞*M

Тогда длина молекулы в насыщенном адсорбционном слое: l=m/ ρ = Γ∞*M/ ρ

47.Мономолекулярная адсорбция, уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха. Полимолекулярная адсорбция. Капиллярная конденсация, абсорбция, хемосорбция.

Адсорбция может быть мономолекулярной и полимолекулярной. В последнем случае на поверхности адсорбента образуется несколько слоев. Первый мономолекулярный слой обусловлен силами взаимодействия между поверхностью твердого тела и адсорбатом. Второй и последующие слои удерживаются ван-дер-ваальсовскими силами. Слои адсорбата распределяются по поверхности неравномерно. На некоторых участках их может быть два или три слоя. Одновременно могут остаться участки, закрытые монослоем или совсем свободные от адсорбата.

Уравнение Ленгмюра А=А∞ * Кс/Кс+1

Полимолекулярная адсорбция паров на мезо пористых поверхностях может протекать по механизму капиллярной конденсации. Она базируется эффект Томсона, согласно которому давление насыщенного пара зависит от кривизны поверхности.

Абсорбция – процесс поглощения одного вещества другим во всем объеме сорбента. Примером может служить растворение газов в жидкостях. Поглощаемое вещество в этом процессе называют абсорбатом, а поглощающее абсорбентом.

хемосорбция —адсорбция, при которой между адсорбентом и адсорбатом в монослое наповерхности происходит образование химической связи. Хемосорбцию отличает высокая химическая специфичность.

48.Избирательная адсорбция ионов.

Избирательная адсорбция - это процесс фиксации на твердой поверхности ионов одного знака заряда при сохранении подвижности ионов противоположного знака. Процесс подчиняется правилам Панета и Фаянса

1. На поверхности кристаллов из раствора преимущественно адсорбируются ионы, имеющие сродство к поверхности. При этом адсорбцию можно рассматривать как кристаллизацию, т.е. как достройку кристаллической решетки адсорбента. Например, на поверхности кристалла AgI, внесенного в раствор AgNО₃, адсорбируются ионы Аg⁺. Если же кристалл AgI находится в растворе КI, то избирательно адсорбируются ионы I^-. Достраивать кристаллическую решетку способны не только ионы, входящие в состав решетки, но и изоморфные с ними, а также способные образовывать с ионами противоположного знака, входящими в кристаллическую решетку, труднорастворимое соединение. Так, на поверхности AgI могут адсорбироваться ионы Сl^-, Вг^-, СN^-, SCN^-.

2. На заряженной поверхности адсорбента адсорбируются те ионы, знак заряда которых противоположен знаку заряда адсорбента.

Например, известно, что поверхность каолина в воде отрицательно заряжена. Если внести каолин в раствор основного красителя - метиленового синего (ROH↔R⁺+ OH^-), то раствор обесцветится за счет адсорбции красящего радикала R⁺ на отрицательной поверхности. Раствор кислого красителя - эозина ( HR ↔ H⁺ + R^- ) в присутствии каолина цвет не меняет.

49. Правило Панета – Фаянса.

Избирательная адсорбция подчиняется правилу Панета-Фаянса:

На поверхности тв.тела адсорбируются ионы, которые входят в состав кристаллической сетки либо изоморфные, также ионы образующие с поверхностью кристалла тяжело растворимые тела.

При эквивалентной, адсорбент поглощает из раствора определенное количество каких то ионов, и сразу выделяет в раствор эквивалентное количество ионов, такого же знака.

При эквивалентной возникает двойной слой и изменение рН.

50.Ионообменная адсорбция. Иониты и их классификация. Применение их в фармации.

Адсорбенты, способные к обмену ионами, называются ионитами.

Иониты имеют сетчатую структуру. С сеткой ковалентно связаны группы атомов R± , несущие положительный или отрицательный заряд (фиксированные ионы). Этот заряд компенсируется противоионами (М+ или А– ). Фиксированные ионы вместе с противоионами (R– M+ или R+ А– ) называют ионогенными группировками.

По типу ионогенных групп иониты делят на катиониты R– M+ (кислотные иониты, обменивающие катионы) и аниониты R+ А– (основные иониты, обменивающие анионы).

Ионообменные реакции: для катионита: R–H+ + Na+=> R– Na + + H+

для анионита: R+ OH– + Cl– => R+ Cl– + OH–

Активность ионитов — поглощающая способность характеризуется обменной емкостью.

Применение в фармации: умягчение жесткой, опреснение засоленной воды, для извлечения из анализируемых смесей различных компонентов.